AT412300B

AT412300B - Vorrichtung zur steuerung einer brennkraftmaschine mit innerer verbrennung

Info

Publication number: AT412300B
Application number: AT103199A
Authority: AT
Inventors: Heinz Ing Koelbl
Original assignee: Microcon Software Entwicklung
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2004-12-27
Also published as: EP1059187A2; EP1059187A3; ATA103199A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit mindestens einer Drosselklappe zur Steuerung des Durchflusses der angesaug- ten Luft bzw. des angesaugten Gemisches, die von einem Stellmotor betätigt wird, einem Fahrpe- dal zur Beeinflussung der Stellung der Drosselklappe, einer Steuerungseinrichtung zur Ansteue- rung des Stellmotors, die eine Stellung der Drosselklappe berechnet, und einem Sensor zur Erfas- sung des Schlupfs von mindestens einem Antriebsrad.

Bei Kraftfahrzeugen mit leistungsstarken Motoren besteht vielfach die Problematik des Durch- drehens von Antriebsrädern. Um die damit zusammenhängenden Gefahren zu verringern, ist eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme entwickelt worden, die allgemein als Antischlupfsysteme oder Systeme zur Traktionskontrolle bezeichnet werden. Eine Möglichkeit zur Verwirklichung einer solchen Traktionskontrolle besteht in der selektiven Ansteuerung der Bremsen eines Antriebsra- des, wenn der zulässige Schlupf überschritten wird. Solche Systeme sind zwar wirksam, besitzen jedoch den Nachteil der übermässigen Beanspruchung der Bremsen, was zu deren Überhitzung oder zu übermässigem Verschleiss führen kann. Ein eleganteres System besteht darin, das Dreh- moment des Motors bei Auftreten von Schlupf kurzfristig abzusenken.

Dies wird bei einem bekann- ten System durch selektives Austakten von Einspritz- und/oder Zündsignalen bewirkt, was jedoch unerwünschte Schwingungen im Kurbeltrieb und eine erhebliche Verschlechterung der Emissions- werte zur Folge hat. Auch thermische Probleme können in diesem Zusammenhang auftreten.

Ähnliches gilt für Systeme, die eine Absenkung des Drehmoments über eine Verschiebung des Zündzeitpunktes bewirken.

Aus der US 5,467,751 A ist ein System zur Traktionskontrolle bekannt, bei dem im Verlauf der mechanischen Verbindung des Fahrpedals mit einer Drosselklappe ein Stellmotor zwischenge- schaltet ist, der über ein Getriebe innerhalb eines vorbestimmten Verstellbereichs eine Verände- rung des Öffnungswinkels der Drosselklappe bewirken kann. Bei einem solchen System wird die Drosselklappe solange direkt mechanisch vom Fahrpedal beeinflusst als kein Schlupf auftritt. Wird jedoch ein unzulässiger Schlupf erfasst, so wird der Stellmotor betätigt, um die Drosselklappe innerhalb des Verstellbereichs um einen vorbestimmten Winkel zu schliessen. Auf diese Weise kann das Drehmoment abgesenkt werden, wodurch ein Durchdrehen der Antriebsräder verhindert wird.

Ein solches System ist zwar grundsätzlich wirksam, es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Ansprechverzögerungen relativ gross sind, so dass je nach Einstellung des Systems die Trakti- onskontrolle entweder unzureichend ist oder das effektiv verfügbare Drehmoment relativ stark verringert wird.

Weiters ist aus der US 5,161,507 A ein System bekannt, bei dem über einen Elektromotor eine Beeinflussung der Drosselklappe möglich ist. Auch hier sind aufgrund der aufwendigen Getriebe- anordnungen lange Ansprechzeiten zu beobachten, die zu den oben beschriebenen Problemen führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass eine Schlupfregelung erreicht wird, die ein extrem schnelles Ansprechverhalten aufweist, und dass eine Steigerung des effektiv zur Verfügung stehenden Drehmoments der Brennkraftmaschine erreicht wird.

Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass der Stellmotor die Drosselklappe direkt oder über ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis betätigt und dass die Steuerungseinrichtung aufgrund der Stellung des Fahrpedals und gegebenenfalls anderer Parameter eine vorläufige Sollstellung der Drosselklappe berechnet, dass sie weiters aufgrund des Signals des Sensors einen Korrektur- wert berechnet, der vom augenblicklichen Schlupf abhängt, und dass sie diese vorläufige Stellung um den Korrekturwert korrigiert, um eine Sollstellung zu erhalten, und den Stellmotor entsprechend ansteuert.

Wesentlich an der Erfindung ist, dass die Drosselklappe nur mit dem Stellmotor in Verbindung steht, das heisst, dass keine mechanische Verbindung zwischen dem Fahrpedal und der Drossel- klappe besteht. Falls ein Notbetrieb des Motors auch im Fall einer Störung der Drosselklap- pensteuerung erforderlich ist, kann auch eine einkuppelbare Verbindung der Drosselklappe mit einem Gasseil vorgesehen sein. Im Normalbetrieb liegt jedoch keine wirksame mechanische Verbindung vor.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass durch die direkte Betätigung der Dros- selklappe durch den Stellmotor ein sehr schneUes Ansprechverhalten erreicht wird, da kein Getrie-

be erforderlich ist. Die Motorsteuerung berechnet aufgrund der Stellung des Fahrpedals und ande- rer Einflussgrössen, wie etwa der Motordrehzahl, der Motortemperatur, der Last oder dgl., eine vorläufige Sollstellung der Drosselklappe. Ausgehend von dieser Stellung wird nun in erfindungs- gemässer Weise bei Auftreten von Schlupf eine abweichende Stellung berechnet. Diese Berech- nung kann entweder in die Motorsteuerung integriert sein oder in einer eigenen Steuerungseinrich- tung der Motorsteuerung nachgeschaltet sein.

Zur Berechnung des Korrekturwerts wird dabei ein Kennfeld verwendet, in das neben dem aktuell beobachteten Schlupf vor allem Parameter einge- hen, die das Drehmoment des Motors beeinflussen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mehrere Drosselklappen vorgesehen sind, die gemeinsam von einem Stellmotor betätigt werden. Die Gasdynamik eines Hochleistungsmotors kann durch die Verwendung von Einzeldrosselklappen in den Ansaugkrümmern wesentlich verbessert werden.

Über eine Hebelanordnung kann ein einzelner Stellmotor diese Drosselklappen gemeinsam betäti- gen. Es können die Drosselklappen auch auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein, die vom Stellmotor verdreht wird.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass mehrere Drosselklappen vorgesehen sind, die jeweils von einem eigenen Stellmotor betätigt werden. Dadurch ist die Verwendung kleiner Stellmo- toren möglich, was durch die Verringerung der Trägheitsmomente ein besonders schnelles Ansprechverhalten gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Sensor zur Erfassung der jeweiligen Stellung der Dros- selklappe vorgesehen ist. Ein solcher Sensor kann als Potentiometer oder als Hall-Sensor ausge- bildet sein.

Besonders günstig ist es generell, wenn die Steuerungseinrichtung den Istwert der Stellung der Drosselklappe mit der korrigierten Sollstellung vergleicht und in Abhängigkeit von der Differenz Frequenz, Stromstärke und Impulslänge von Stellimpulsen errechnet, um die Sollstellung schnellst- möglich zu erreichen. Bei plötzlichem Auftreten von Schlupf kann auf diese Weise die Drosselklap- pe mit maximaler Geschwindigkeit in Schliessrichtung bewegt werden. Wenn die Iststellung der Drosselklappe der korrigierten Sollstellung nahe kommt, kann durch Änderung von Frequenz, Stromstärke und Impulslänge die Schliessgeschwindigkeit verringert werden, um eine überschie- &num;ende Regelung zu vermeiden.

Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, bei dem die augenblickliche Stellung eines Fahrpedals erfasst wird, aufgrund dieses Wertes und gegebenenfalls weiterer Parameter eine vorläufige Sollstellung der Drosselklappe berechnet wird und wobei der Schlupf mindestens eines Antriebsrades erfasst wird, und wobei weiters aufgrund des erfassten Schlupfs ein Korrekturwert ermittelt wird, um die Sollstellung der Drosselklappe zu korrigieren. Besonders vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Öffnungs- winkel der Drosselklappe in Abhängigkeit von Motorparametern, insbesondere der Motordrehzahl begrenzt wird.

Ein zu schnelles Öffnen der Drosselklappe bewirkt eine vorübergehende Ver- schlechterung der Verbrennung, was neben einer Erhöhung der Abgasemission insbesondere im Bereich der unverbrannten Kohlenwasserstoffe zu einer Verringerung des Drehmoments führt.

Dies gibt dem Fahrer das Gefühl eines schlechten Ansprechverhaltens und geringer Motorleistung.

Neben diesen unerwünschten Wirkungen besteht jedoch auch die Gefahr einer negativen Rück- koppelung beim Auftreten von Schlupf, was eine echte Gefährdung der Fahrsicherheit darstellt.

Tritt nämlich nach einer plötzlichen und schnellen Öffnung der Drosselklappe Schlupf an den Antriebsrädern auf, so wird durch die Traktionskontrolle eine Schliessbewegung der Drosselklappe veranlasst. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Situation wie oben beschrieben vorliegt, so kann durch das Schliessen der Drosselklappe um einen bestimmten Winkel eine Steigerung des verfügbaren Drehmoments verursacht werden, was zu einer weiteren Vergrösserung des Schlupfs führt, wo- durch der Fahrer die Kontrolle über das Fahrzeug verlieren kann. Wird jedoch die Öffnung der Drosselklappe so begrenzt, dass der Bereich abnehmenden Drehmoments nicht erreicht werden kann, so kann ein solcher Effekt nicht auftreten. Daneben wird auch das Ansprechverhalten und die Beschleunigung optimiert, und es werden die Emissionswerte verbessert.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsvariante der Erfindung, Fig. 2 ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante.

In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 2a, 2b, 2c, 2d schematisch darge- stellt. In vier Saugrohren 3a, 3b, 3c, 3d sind Drosselklappen 4a, 4b, 4c, 4d angeordnet, die von Schrittmotoren 5a, 5b, 5c, 5d betätigt werden, die die Stellmotoren darstellen. Die Schrittmotoren 5a, 5b, 5c, 5d werden von einer Steuerungseinrichtung 6 angesteuert, die mit einem Sensor 7 zur Erfassung der Stellung eines Fahrpedals 8, mit Sensoren 9 an den Rädern 10 zur Erfassung des Schlupfs an den Antriebsrädern und mit einem Drehzahlsensor 14 in Verbindung steht. Die Erfas- sung des Schlupfs erfolgt in an sich bekannter Weise, indem die Raddrehzahlen untereinander verglichen werden.

Liegt die Drehzahl der Antriebsräder beispielsweise deutlich über der der nicht angetriebenen Räder, so deutet dies auf Schlupf hin, es könnte jedoch auch ein Blockieren eines nicht angetriebenen Rades beim Bremsen vorliegen oder das Abheben eines kurveninneren Rades in schnell gefahrenen Kurven bei harter Fahrwerkabstimmung. Durch Beobachtung des Vorzei- chens der Drehzahländerung kann dieser Fall ausgeschlossen werden. Auch der Vergleich der Drehzahlen der Räder einer Achse untereinander ermöglicht den Ausschluss von Fehlinterpretati- onen der Messwerte. Je nach Bedarf können dabei von der Steuerungseinrichtung 6 Signale von weiteren nicht dargestellten Sensoren, wie etwa einem Lenkwinkelsensor oder einem Längsbe- schleunigungssensor ausgewertet werden.

Im Fall von Fahrzeugen mit Allradantrieb kann zur Erfassung des Schlupfs ein nicht dargestellter Radarsensor zur berührungslosen Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit zusätzlich zu den Radsensoren 9 vorgesehen sein.

Die Ausführungsvariante der Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 dadurch, dass die ein- zelnen Drosselklappen 4a, 4b, 4c, 4d durch Hebel 11a, 11b, 11c, 11d betätigt werden, die mit einer Betätigungsstange 12 in Verbindung stehen. Ein einzelner Schrittmotor 15 treibt über einen Hebel 13 die Betätigungsstange 12 an. Auch bei dieser Ausführungsvariante erfolgt die Betätigung der einzelnen Drosselklappen 4a, 4b, 4c, 4d direkt durch den Schrittmotor 15, d. h. ohne Getriebe, wodurch eine schnelle Verstellbewegung erreicht wird.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine wesentliche Verbesserung des Ansprechverhal- tens einer Traktionskontrolle zu erzielen. Dabei wird das verfügbare Drehmoment des Motors insbesondere im unteren Drehzahlbereich um 10% oder mehr gesteigert, bei gleichzeitiger Verrin- gerung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit mindes- tens einer Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d) zur Steuerung des Durchflusses der angesaug- ten Luft bzw. des angesaugten Gemisches, die von einem vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildeten Stellmotor (5a, 5b, 5c, 5d; 15) betätigt wird, einem Fahrpedal (8) zur Beein- flussung der Stellung der Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d), einer Steuerungseinrichtung (6) zur Ansteuerung des Stellmotors(5a. 5b, 5c, 5d; 15), die eine Stellung der Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d) berechnet, und einem Sensor (9) zur Erfassung des Schlupfs von mindes- tens einem Antriebsrad (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (5a, 5b, 5c,
5d;

15) die Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d) direkt oder über ein Getriebe mit festem Über- setzungsverhältnis betätigt und dass die Steuerungseinrichtung (6) aufgrund der Stellung des Fahrpedals (8) und gegebenenfalls anderer Parameter eine vorläufige Sollstellung der
Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d) berechnet, dass sie weiters aufgrund des Signals des Sen- sors (9) einen Korrekturwert berechnet, der vom augenblicklichen Schlupf abhängt, und dass sie diese vorläufige Stellung um den Korrekturwert korrigiert, um eine Sollstellung zu erhalten, und den Stellmotor (5a, 5b, 5c, 5d; 15) entsprechend ansteuert.

Claims

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drosselklappen (4a, 4b, 4c, 4d) vorgesehen sind, die gemeinsam von einem Stellmotor (15) betätigt wer- den.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drosselklappen (4a, 4b, 4c, 4d) auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, die von einem Stellmotor verdreht wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drosselklappen (4a, 4b, 4c, 4d) vorgesehen sind, die jeweils von einem eigenen Stellmotor (5a, 5b, 5c, 5d) <Desc/Clms Page number 4> betätigt werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sen- sor zur Erfassung der jeweiligen Stellung der Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung den Istwert der Stellung der Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d) mit der korrigierten Sollstellung vergleicht und in Abhängigkeit von der Differenz Frequenz, Stromstärke und Impulslänge von Stellimpulsen errechnet, um die Sollstellung schnellstmöglich zu erreichen.

7. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, bei dem die augenblickliche Stellung eines Fahrpedals (8) erfasst wird, aufgrund dieses Wertes und gegebenenfalls weiterer Parameter eine vorläufige Sollstellung der Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d) berechnet wird und wobei der Schlupf mindestens eines Antriebsrades (10) erfasst wird, und wobei weiters aufgrund des erfassten Schlupfs ein Korrekturwert ermittelt wird, um die Sollstellung der Drosselklappe (4a, 4b, 4c, 4d) zu korrigieren.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, der Öffnungswinkel der Drossel- klappe (4a, 4b, 4c, 4d) in Abhängigkeit von Motorparametern begrenzt wird.

HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN